分析频域特性需要进行拉普拉斯变换,直接计算较为复杂,通常需要借助计算机进行仿真;而时域特性计算相对简单,那么频域特性和时域特性之间有什么关系,能否根据时域特性推导出频域特性?如果能确定谐振峰值和超调、上升时间和幅频宽之间的关系,则在伺服阀设计之初,就可以较为简单的计算出伺服阀频域和时域的动态特性;或者简单的测出阶跃响应曲线,就可以推导出频域曲线而不必借助复杂的频率分析仪和动态测试油缸进行扫频分析。
根据自动控制原理,二阶系统的谐振峰值Mr与超调量δp之间的关系如下:
(2)
(3)
从上面式子可以看出,谐振峰值Mr与超调量得了δp只与阻尼系数有关。此处为伺服阀等效阻尼系数。只要测得幅频特性曲线或者阶跃响应曲线中的一条,便可以确定阻尼系数,从而计算出另外一个数值。需要注意的是,只有阻尼系数小于0.707时(此时谐振峰值为1db)上面关系式才成立。当阻尼系数大于0.707时,谐振峰值和超调量之间的关系便不复存在。通常情况下,伺服阀的阻尼系数在0.5-0.7之间。
谐振峰值和超调量之间的关系便不复存在。通常情况下,伺服阀的阻尼系数在0.5-0.7之间。
伺服阀幅频与阶跃上升时间的关系如下:
t=0.35/f(4)
当已知伺服阀幅频时,可以通过上式来估算伺服阀阶跃上升时间。下面举例说明:
以上是某型号伺服阀的幅频和阶跃上升时间图。
在图2中,当指令为25%额定信号时,-3db的频宽为40Hz,根据公式(4)可求得上升时间为8.7ms,与图1吻合。
在图2中,当指令为100%额定信号时,-3db的频宽为17Hz,根据公式(4)可求得上升时间为20.6ms,与图1吻合。
虽然绝大多数时候样本上都会给出阀的阶跃上升时间和幅频曲线,但有时候只会给出其中一张图,那我们就可以根据其中一张图的数据推出导出另一张图的数据。这在伺服阀选型时尤为重要。